Содержание к диссертации
Введение
Раздел 1. Теория недропользования при освоении железорудных месторждений 10
Глава 1. Техногенные нарушения природных ресурсов при разработке месторождений полезных ископаемых 10
1. Нарушения природной среды в процессе человеческой деятельности . 10
2. Технико-экологические особенности разработки месторождений железных руд 15
3. Классификация нарушений природной среды пользователями недр .20
Постановка задач исследования 23
Глава 2. Маркшейдерский мониторинг недропользования при скважинной гидродобыче железных руд 25
1. Основы недропользования 25
2. Система недродопользования при СГД на основе маркшейдерского мониторинга ресурсов недр 31
Глава 3. Предпосылки к разработке месторождений технологией СГД 38
1 Инженерно-геологическая характеристика месторождений богатых железных руд КМА 38
2. Особенности физико-технических геотехнологий добычи полезных ископаемых 60
3. Исследования по концепции и вариантам систем разработки богатых железных руд КМА технологией СГД 71
Выводы по первому разделу 87
Раздел 2. Система разработки, технология, технологические средства при СГД
Глава 1 Система разработки 88
1 Критерии при выборе системы разработки 88
2 Общий подход к оценке системы разработки с позиций показателя извлечения руд 91
3 Математическое моделирование НДС горного массива и зависимость его от показателя извлечения 99
3.1. Результаты физического моделирования скважинной гидродобычи 100
3.2. Постановка задачи расчета напряженно-деформированного состояния пласта известняков 101
3.3. Рассмотренные варианты решения задач определения НДС пласта известняков 108
3.3.1. Прямоугольная пластина 109
3.3.2. Круглая пластина ПО
3.3.3. Балочная пластина 111
3.4. Расчет напряженно-деформированного состояния пласта известняков карбона для условий Гостищевского месторождения 114
3.5. Оценка конструктивных параметров системы разработки богатых железных руд скважинной гидродобычей 120
4 Система разработки технологией СГД одиночными скважинами 123
Глава 2. Технология и технические средства гидроизвлечения руд 130
1 Формирование скважинных добычных камер 130
2 Разуплотнение рудных залежей гидромониторной струёй в затопленном пространств 141
3 Способ создания камер большого диаметра в мощных слоях рыхлых руд 160
4 Оптимизация эрлифтной системы подъёма рудной пульпы и режим работы технологических скважин 165
Выводы по второму разделу 182
Раздел 3. Методические основы маркшейдерского обеспечения рационального недропользования 184
Глава 1. Маркшейдерско-геофизические инструментальные методы наблюдений при технологии СГД 185
1. Требования к точности маркшейдерских измерений 185
2. Спутниковые навигационные системы 194
3. Геофизические наблюдательные системы 204
Глава 2. Геомеханическое управление состоянием горных массивов 224
1. Общие положения геомеханического контроля 224
2. Методология и структура моделирования геомеханических процессов 229
3. Регулирование устойчивостью вырабатываемых пространств 249
4 Управление состоянием горных массивов при СГД 255
Глава 3. Организационно-правовое и технологическое управление рациональным недропользованием при СГД 263
1. Учет и управление использованием запасов руд при добыче 263
2. Сохранение подземных вод и поверхностных водотоков 271
3. Охрана земной поверхности и земельных угодий в зоне действия предприятий СГД 274
Выводы по третьему разделу '. 280
Заключение 283
Список использованной литературы 287
- Нарушения природной среды в процессе человеческой деятельности
- Система недродопользования при СГД на основе маркшейдерского мониторинга ресурсов недр
- Общий подход к оценке системы разработки с позиций показателя извлечения руд
- Спутниковые навигационные системы
Введение к работе
Актуальность работы. Освоение месторождений богатых железных руд традиционным подземным способом осуществляется в усложняющихся инженерно-геологических условиях залегания месторождений с применением устаревших технологических способов и технических средств извлечения руд из недр, требующих значительных экономических затрат на строительство рудников и на добычные работы, а также затрат на поддержание экологически приемлемого уровня эксплуатации природных ресурсов (компонентов) окружающей среды, что сказывается на снижении конкурентоспособности товарной руды.
Перед пользователями недр остро стоят задачи ускорения внедрения прогрессивных горнодобычных технологий при технико-экономическом и экологически рациональном недропользовании. Внедрение скважинной гидродобычи (СГД) железных руд позволяет ускорить научно-технический прогресс развития способов разработки месторождений полезных ископаемых при экологической безопасности эксплуатации природных ресурсов.
Важность этой задачи подтверждается решениями Министерства Геологии и Минчермета СССР (1989г), Минпромнауки и Минпромэнерго России (1992, 2002, 2004 гг) о включении технологии СГД в Российские федеральные целевые программы технологического развития гражданских отраслей промышленности.
Решению актуальной проблемы разработки научно-методических основ маркшейдерского обеспечения рационального недропользования при разработке месторождений богатых железных руд технологией СГД, по результатам которого обосновывается система управления недропользованием, посвящены проведенные автором исследования, результаты которых изложены в настоящей диссертационной работе.
Целью диссертационной работы является разработка научно-методических основ маркшейдерского обеспечения рационального недропользования при СГД богатых железных руд.
Основная идея работы заключается в использовании показателя извлечения богатых железных руд из недр как приоритетного критерия при оценке напряженно-деформированного состояния горных массивов и выборе устойчивых параметров системы разработки месторождений технологией СГД для достижения рациональной эксплуатации природных ресурсов.
Основные научные положения, защищаемые автором.
Оценка последствий воздействия недропользователей на окружающую природную среду должна осуществляться с учётом особенности формирования техногенного состояния природных компонентов, отличающаяся тем, что с целью определения приоритетности задач, решаемых маркшейдерским обеспечением, используется разработанная классификация нарушений природных ресурсов при освоении железорудных месторождений различными способами разработки.
Техническая и экологическая эффективность разработки месторождений богатых железных руд технологией СГД достигается при геомеханически обоснованных параметрах системы разработки, отличающихся тем, что уровень извлечения руды из недр, обеспечивающий охрану природных ресурсов, устанавливается на основе найденной зависимости НДС горных массивов от степени рассредоточения технологических скважин по шахтному полю (коэффициент перфорации рудного массива скважинными камерами).
При добычных работах должен осуществляться учёт извлечения руды из технологических скважин, отличающейся тем, что с целью предупреждения оседания налегающей толщи горных пород и нарушения морфологии рудных тел объём вырабатываемого пространства регламентируется и контролируется показателем «продуктивности скважин», отражающим выход рудной массы с 1 пог.м отрабатываемой рудной залежи.
В процессе гидроизвлечения руды должен использоваться гидродобычной снаряд, отличающийся тем, что с целью повышения эффективности работы водной струи в затопленном пространстве конструкция разработанного снаряда обеспечивает регулируемый контакт сопла гидромонитора с грудью забоя и поворот снаряда в азимутальном направлении.
Соблюдение проектных параметров системы разработки и эффективность работы добычных скважин достигаются корректировкой режима их работы, отличающегося тем, что при изменении временно переменных параметров гидроизвлечения используется разработанная технологическая карта, которая определяет действия оператора.
Научно-методические основы маркшейдерского обеспечения рационального недропользования при СГД богатых железных руд являются исходной базой для разработки системы управления недропользованием, отличающейся тем, что элементами управления являются реализуемые превентивные недро- и природоохранные мероприятия, разработанные по результатам маркшейдерского мониторинга состояния эксплуатируемых природных ресурсов.
Достоверность научных положений обоснована и подтверждена
-теоретическим анализом нарушений природных ресурсов при различных системах разработки полезных ископаемых и результатами маркшейдерского мониторинга за их изменением в процессе ведения добычных работ;
-результатами дистанционного геофизического зондирования и математического моделирования НДС массивов горных пород, которые обеспечивают 90 %-ный уровень надежности полученных данных;
-хорошей сходимостью расчетных и экспериментальных данных, полученных по результатам геофизических измерений смещения радиоактивных реперов и наблюдений методами спутниковых навигационных систем за состоянием земной поверхности, отличающихся не более чем на 15%;
-технической эффективностью внедрения способа СГД, достигнутой при использовании разработанных гидромониторных снарядов в процесс проектирования и строительства рудника и усовершенствованных процессов добычи богатых железных руд на действующем руднике.
Научная новизна работы заключается в следующем:
- разработана методика маркшейдерского мониторинга недропользования при СГД, основанная на оценке, прогнозе и системе управления техногенными процессами изменения природных ресурсов;
8 -разработана классификация нарушений природной среды при различных
системах разработки;
-установлена зависимость изменения НДС массивов горных пород от коэффициента перфорации рудной залежи добычными скважинами, определяющая показатель извлечения руд;
-обоснован метод управления формированием очистных камер с использованием разработанных технических средств и показателя продуктивности технологических скважин;
-усовершенствован метод оценки состояния горных массивов с использованием радиоактивных реперов.
Научное значение работы заключается в разработке научно-методических основ маркшейдерского обеспечения рационального недропользования при освоении железорудных месторождений принципиально новой технологией СГД, обоснованного разработанными техническими средствами и системой гидроизвлечения руды, а также методами маркшейдерского инструментального мониторинга с использованием геофизических методов контроля за техногенными изменениями недропользователями природных ресурсов.
Практическая ценность работы заключается в следующем:
разработаны новые технические средства и оборудование для принципиально новой технологии СГД богатых железных руд, обеспечивающей ускорение научно-технического прогресса развития горных технологий при повышении эффективности недропользования за счёт внедрения мероприятий по охране природных ресурсов и значительного уменьшения вредного влияния горных работ на экологическую обстановку;
разработан оптимальный режим работы технологических (добычных) скважин и способ формирования очистной выемки, регламентируемый показателем их продуктивности;
предложена система управления рациональным недропользованием при СГД, позволившая повысить эффективность горнодобычных работ на основе внедрения разработанных превентивных природоохранных мероприятий, регламентирующих действия недропользователей.
9 Внедрены следующие результаты работы при проектировании, строительстве и эксплуатации рудника СГД, в том числе:
разработанные гидромониторные снаряды, подтверждённые патентами на изобретение;
способ контроля за формированием очистных камер на основе соблюдения показателя продуктивности скважин;
инструкция по расчёту нормативов извлечения руд для технологии СГД, утверждённая Госгортехнадзором России;
метод геомеханического контроля и прогноза ожидаемых нарушений горных массивов использован при обосновании проектных параметров системы разработки на опытно-промышленном Гостищевском руднике.
Апробация работы. Основные положения диссертации и результаты исследований докладывались и обсуждались на: Международном конгрессе международного маркшейдерского общества, 2000, Краков, Польша и IV— международном конгрессе по горной экологии, 2001, Байле Ремекс, Румыния; Международных симпозиумах «Неделя горняка», 1999, 2001, 2003, 2004, 2005 и 2006 гг. МГГУ, г.Москва; Международных 5, 6 и 7 симпозиумах "Освоение месторождений минеральных ресурсов и подземное строительство в сложных гидрогеологических условиях", 1999, 2001 и 2005гг ФГУП ВИОГЕМ, Белгород; Международной конференции "Освоение недр и экологические проблемы -взгляд в XXI век", 2000, Москва; на научно-технических совещаниях в Минэкономики, Минпромнауки и Минпромэнерго Российской Федерации, в Правительстве и Комитете природных ресурсов Белгородской области, ОАО Руд-пром, ЗАО Союзруда, ОАО Центрогипроруда и ОАО Белгородгеология, ученом совете ФГУП ВИОГЕМ, опытно-промышленном руднике СГД.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 24 работы.
Структура и объём работы. Диссертационная работа состоит из введения, 3 разделов, включая 8 глав, и заключения; содержит 44 рисунка, 16 таблиц и списка литературы из 147 наименований.
Нарушения природной среды в процессе человеческой деятельности
Рост технической оснащенности человечества на Земле в процессе развития и совершенствования методов его воздействия на природные ресурсы окружающей среды приводит к значительной их деградации или полному уничтожению. По источникам [1-ьб, 11, 12, 20,48, 94, 95, 96] человечество в последние 30-50 лет в среднем ежегодно использует до 70 миллиардов тонн минерального сырья, при этом нарушается до 5 миллионов гектаров земельных угодий, откачивается из недр свыше 20 миллиардов кубических метров воды, большая часть которой высокоминерализованная, поступает в открытые водоемы. Промышленными предприятиями мира различных отраслей промышленности сбрасывается в атмосферу до 170 миллионов тонн пыли, свыше 50 миллионов тонн неочищенных ядовитых газов, до 6 миллионов тонн нефтепродуктов, синтезируется около 190 тысяч новых химических соединений, до 40% которых являются вредными для человека. Горнодобывающая промышленность, эксплуатируя минеральные ресурсы, оказывает основное влияние на ресурсы геосферы, косвенно способствуя ухудшению состояния окружающей среды.
В зоне рассеянной жизни природные компоненты сосредоточены: в атмосфере - верхние слои воздушного бассейна, включая озоновый слой (стратосфера), на высоте от 50 м до 35 км; в литосфере - массивы горных пород (земная кора), разрабатываемые твердые, жидкие и газообразные полезные ископаемые (включая подземные запасы пресных вод) на глубину до 3-6 км и больше; в гидросфере - воды мирового океана между планктонной и донной зонами мощностью до 3,7 км.
Современные промышленные производства достигли такого уровня, что при дальнейшем их развитии без принятия превентивных мер природные компоненты в указанных жизненных зонах земли могут существенно деградировать. Факторами, способствующими интенсивной эксплуатации природной среды, являются: резкое возрастание энергетической вооруженности человечества; увеличение потребления минеральных ресурсов; рост объемов сельскохозяйственного производства для удовлетворения потребностей населения земного шара, численность которого непрерывно возрастает; интенсификация производственной деятельности человечества; внедрение в общественное производство большого количества новых веществ и соединений; повсеместная прогрессирующая урбанизация. Эксплуатация природных ресурсов Земли характеризуется следующими факторами (особенностями).
Атмосфера составляет одну миллионную часть массы всей Земли. Однако, несмотря на относительно малую представительность на планете, абсолютная масса ее составляет 5000 трлн.т. Главную роль в обеспечении жизни на Земле играют два содержащихся в ней газа - кислород и азот, которые составляют 99.3% всей атмосферы. Атмосфера как физическое тело природной среды обладает такими важными свойствами как динамичность состава и состояния; повсеместная циркуляция газовых компонентов во времени и пространстве; способность в быстроте протекания диффузии всего комплекса газовых компонентов; неодинаковая проницаемость для различных участков спектра солнечной радиации. Газовый баланс атмосферы регулируется гидросферой и биомассой литосферы. Кислород и углекислый газ ее обновляются соответственно за 5 тыс.лет и 11 лет.
Изменение человеком воздушного бассейна происходит в результате поступления в него выделений (отходов общественного производства) от сжигания топлива или вновь созданных химических соединений, а также его загрязнения последствиями естественных геологических процессов. Одна часть суммарных загрязнителей, поступающих в настоящее время в атмосферу, приходится на 250000 частей чистого воздуха. Несмотря на способность атмосферы восстанавливать свои природные свойства в результате газообмена биоты литосферы и мирового океана, существует реальная угроза локальных загрязнений атмосферы в зонах деятельности человека, что определяет необходимость под 13 держания природных механизмов саморегуляции и сохранения свойств воздушной среды.
Гидросфера (мировой океан) представлена на Земле 1.4 млрд. км3 воды (97% всей воды на планете), которая размещена на 2/3 поверхности земли. Являясь природным энергетическим комплексом нашей планеты, мировой океан обеспечивает водный баланс суши и определяет климат Земли. Человеческая деятельность по своим масштабам ничтожно мала по сравнению с объемами процессов, происходящих в океанах. Поступающие ежегодно в мировой океан различные растворенные вещества в количестве 4.5 млрд.т составляют лишь миллиардную долю того, что содержится в океане. Однако, как и для атмосферы, существуют реальные примеры локального изменения гидросферы в виде загрязнения ее отходами нефтяных производств; приведения в негодность прибрежных вод различными промышленными отходами; уменьшения биологической продуктивности океана и др. Решение этих локальных проблем в каждом конкретном случае возможно путем осуществления превентивных мер на основе международного сотрудничества.
Система недродопользования при СГД на основе маркшейдерского мониторинга ресурсов недр
Пользователи недр, эксплуатирующие геологическую среду способом СГД, являются составной частью производительных сил, оказывающих свое влияние на ресурсы Земли. Оценку этого влияния, оценку взаимозависимости действий пользователей недр и состояния природных компонентов необходимо осуществлять с позиций взаимодействия недропользователей с природой, рассматриваемого как система прямых и обратных связей, функционирующих в двух взаимозависимых и органически связанных между собой подсистемах [6, Н, 15].
Подсистема прямого воздействия "Природные ресурсы недр - пользователи недр" выполняет экологическую функцию и отражает условия существования человека в процессе освоения месторождений полезных ископаемых; взаимоотношения в пределах этой подсистемы подчиняются естественным (природным) законах развития материи. Вторая подсистема "пользователи недр -недра" отражает обратное взаимодействие и, кроме экологической функции, выполняет экономическую функцию, отражающую законы развития общества.
Единая эколого-экономическая система "недра - пользователи недр - недра" функционирует на основе возникающих взаимодействий между пользователями недр и природными компонентами. При этом пользователи недр, как составная часть данной системы, выступают одновременно объектом и субъектом окружающей природной среды. С одной стороны, как объект системы, пользователи недр, будучи связующим звеном в экологической системе природной среды, не могут не считаться с объективными законами развития и изменения геологической среды, составной частью которой являются ее природные компоненты; с другой - будучи субъектом этой системы, пользователи недр, как элемент производительных сил, воздействуют на природные компоненты, используя их непосредственно или только отдельные их свойства для извлечения планируемых объемов горной массы из недр. Такое взаимодействие пользователей недр и природных компонентов в этой системе определяет общественные производственные отношения, направленные на удовлетворение потребностей общества.
Экологические и экономические интересы развития горнодобывающего производства, являющиеся отличительной особенностью этих отношений, выражают единство и борьбу двух противоположностей. Объективное существование этих противоположностей основано на том, что единство интересов общества обеспечивается экологическим функционированием пользователей недр в пределах окружающей природном среды, а противоположность обусловлена наличием в системе разнохарактерных подсистем - естественной и социальной.
Взаимодействие пользователей недр и природных компонентов в сфере горнодобывающего производства, имеющее конечной целью - рациональное недродопользование, требует определенного регулирования. Созидательные, преобразующие, регулятивные и контролирующие функции труда, осуществляемые обществом в процессе взаимодействия пользователей недр и природной среды, характеризуют данное отношение как управление, являющееся элементом горнодобывающего производства.
В условиях, когда эксплуатация окружающей природной среды стала приводить к нарушению ее ресурсового баланса, появилась реальная потребность в коренном изменении отношения пользователей недр к используемым природным компонентам и в создании системы управления состоянием окружающей среды. Решение проблемы рационального недропользования должно осуществляться путем переориентации управленческой системы недропользования в сфере горнодобывающего производства на основе перевода ее с административной функции, характеризующей потребительское отношение к окружающей природной среде, на выполнение эколого-экономической функции, предусматривающей поддержание рационального уровня взаимозависимости деятельности пользователей недр и состояния компонентов окружающей среды. При этом, одни исследователи определяют термин «недродопользование» как сферу общественно-производственной деятельности человеческого общества, направленной на использование природных ресурсов. Цель рационального недродо-пользования они видят в удовлетворении потребностей общества при условии улучшения использования окружающей среды. Составными частями рационального недродопользования являются использование и охрана природных богатств. Другие считают, что недродопользование включает в себя несколько функций: поддержание рационального взаимоотношения между индустриальным развитием и биологической устойчивостью окружающей человека природной среды; при этом целенаправленность и социально-экономический ха рактер деятельности общества проявляется через интенсификацию использования природных ресурсов; сохранение или улучшение качества природных ресурсов в интересах настоящего и будущего поколений. Некоторые исследователи недродопользование определяют как использование природной среды для удовлетворения экологических, экономических и культурно-оздоровительных потребностей общества на основе научно обоснованного и рационального использования и воспроизводства ее с учетом ближайших и отдаленных последствий изменения в сфере общественного производства. Аргументируя правомочность рассмотрения проблемы рационального недродопользования на основе обобщающего подхода к охране природы, многие считают, что не может быть самостоятельного учения об окружающей среде, т.к. оно включает природные и социальные аспекты существования человека.
Академик В.В. Ржевский [16] выделил следующие основные направления работ в области недродопользования при освоении месторождений. 1) теоретические основы охраны природных ресурсов недр; специфика, принципы, закономерности и способы использования этих ресурсов в разных природных зонах при различных способах производства; природно-ресурсовый потенциал горнодобывающих районов, методы его измерения; 2) методы исследования антропогенного воздействия, изменения комплекса природных ресурсов и прогноза последствий деятельности пользователей недр; принципы сопоставления темпов измерений ресурсов недр и прогноза этих изменений; 3) обоснование создания территориальных производственных комплексных схем охраны природной среды и системы природоохранных мероприятий; 4) обоснование планирования, проектирования и организации рационального недродопользования; размещение производственных сил в горнодобывающих районах на перспективу; 5) теория и методы исследований экономики недродопользования и ее анализ для горнодобывающих районов (экономические, социальные, экологические и прочие последствия).
Общий подход к оценке системы разработки с позиций показателя извлечения руд
Российская Федерация располагает запасами железных руд, способными удовлетворить растущие потребности отечественной и зарубежной металлургии. Вместе с тем, ухудшение (усложнение) горно-геологических условий новых (разведанных) месторождений обуславливает рост затрат на горнопромышленное производство, что вызывает, в свою очередь, снижение конкурентоспособности производимой товарной продукции.
Повышение конкурентоспособности железорудного сырья возможно на основе внедрения новых прогрессивных систем разработки месторождений и совершенствования горно-технологических процессов.
В регионе КМА сосредоточены свыше 70% разведанных запасов железных руд России, 90% которых залегают в пределах Белгородской области. Запасы представлены на 60% бедными (железистыми кварцитами с Fe 34%) и на 40%) богатыми рудами (Fe 62%). [50, 51, 52, 54]
По состоянию на настоящее время отрабатываются в основном месторождения бедных руд открытым и частично подземным способами до глубин не более 250-300 м. Выпускаемая товарная руда является недостаточно конкурентоспособной на внешнем рынке из-за дорогостоящего процесса ее обогащения, затраты на который составляют до 30% от общих эксплуатационных затрат.
Богатые руды, залегающие на глубине до 180-230 м, практически отработаны открытым способом. Перспективные разведанные запасы руд залегают на глубине 400-700 м в сложных гидрогеологических условиях (Яковлевское, Гос-тищевское и другие месторождения бассейна КМА). Освоение этих месторождений сдерживается из-за необходимости привлечения значительных инвестиций на капитальное строительство и эксплуатацию рудников, а также на природоохранные мероприятия.
Экономические расчеты показывают, что при традиционных технологиях освоения таких месторождений подземным способом, затраты на предварительное осушение обводненных месторождений и 400-метровой толщи вышележащих пород осадочного чехла, на специальные способы проходки стволов и сооружения капитальных горных выработок, на природоохранные мероприятия, сопоставимы с затратами на обогащение бедных руд и на сооружение и эксплуатацию хвостохранилищ (в которые складируется более 60% добываемой рудной массы) и являются факторами, не позволяющими производить конкурентоспособное металлургическое сырье из богатых руд. Все вышеперечисленные причины не способствуют привлечению инвестиций в строительство рудников (классическим примером может служить Яковлевский рудник, строительство которого затянулось на многие десятилетия).
Наметившаяся в последнее время тенденция замедления процесса совершенствования технологии добычи традиционными открытым и подземным способами указывает на необходимость внедрения принципиально новой технологии - скважинной гидродобычи (СГД), характеризующейся выгодным снижением затрат на добычу богатых железных руд и повышением рентабельности производства [21,26,39].
Приоритетность и преимущества технологии СГД непосредственно вытекают из сравнения эффективности различных способов разработки богатых РУД Следует отметить, что хотя технология на начальных этапах ее внедрения не сможет в ближайшие 5 лет существенно изменить баланс добываемого железорудного сырья, однако при благоприятном инвестиционном климате можно ожидать достижения производительности рудников СГД (уже в следующее пятилетие) в объеме до 20 млн. т. в год. Наряду с этим, внедрение новой технологии позволяет частично компенсировать выбывание мощностей по добыче богатых руд открытым способом, причем с качеством металлургического сырья, превышающим достигнутое недропользователями при применении традиционных способов добычи.
К сожалению, государственное инвестирование внедрения технологии СГД прекратилось в начале 90-х годов, несмотря на то, что работы на опытно-промышленном Шемраевском руднике показали практическую осуществимость и высокую эффективность технологии СГД.
При равных площадях горного отвода удельные капитальные затраты составят в среднем 408.3 руб./т, 568.2 руб./т и 99.2 руб./т соответственно при традиционных открытом и подземном способах и скважинном способе разработке. При этом сроки строительства рудника СГД сокращаются соответственно в 5.1 и 4.0 раза; срок окупаемости капвложений на строительство рудника составляет 1.1-1.5 года. Качество добываемой руды по железу повышается с 62% до 68%, снижается содержание серы с 1.25%) до 0.03%), а по кремнезема - с 2.13% до 1.3%. Конкурентоспособность получаемой способом СГД товарной продукции в среднем становится выше в 8-9 раз при возможности поставок на экспорт до 80% ее объема. В первые 7 лет уровень рентабельности работы предприятия СГД достигает 30-40%) при отрицательной рентабельности для традиционных способов добычи. Нарушения состояния эксплуатируемых природных ресурсов (табл. 1.2) при использовании технологии СГД несопоставимо меньше, чем при традиционных способах разработки [8], что говорит о незначительном объеме предстоящих затрат на природоохранные мероприятия. Одной из причин недостаточного внимания частных инвесторов к внедрению технологии СГД является наличие не всегда обоснованных мнений отдельных специалистов-горняков относительно целесообразности ее внедрения, большинство из которых базируется на следующих положениях. 1. Форма и пространственное положение рудных тел и вышележащих горных пород после отработки месторождения способом СГД будет находиться в состоянии, не пригодном для дальнейшей их отработки традиционными способами. 2. Технологией СГД обеспечивается относительно низкий коэффициент извлечения Кизв. руды из недр. 3. Режим подземных и поверхностных вод, а также состояние сельскохозяйственных угодий в зоне ведения добычных работ будут нарушены.
Эти доводы обосновываются последствиями, имеющими место при сплошной (площадной) отработке традиционным подземным способом железорудных месторождений Кривбасса. Действительно, техногенное состояние вышележащего массива пород осадочного чехла охарактеризовалось площадными обрушениями массивов в пределах горного отвода с нарушением режима поверхностных и подземных вод и дневной поверхности.
Отработка месторождений технологией СГД при сплошной выемке руд во многом будет иметь последствия, аналогичные наблюдаемым в Кривбассе (при отработке системами с обрушением). В обоих случаях применение таких систем разработки во многом объясняется желанием добиться увеличения коэффициента извлечения руды из недр с соблюдением при этом принципа «максимума прибыли на тонну погашенных балансовых запасов» (действовавшим в СССР в условиях централизованной плановой экономики) [123, 122]. При соблюдении этого принципа не всегда экономически целесообразно осуществлять коренное изменение процесса обогащения (с дополнительными затратами) по выпуску товарной продукции требуемого качества из рудной массы с низким содержанием железа. К тому же затраты на природоохранные мероприятия в этом случае сопоставимы с затратами на добычу руды [54, 55, 56].
Целесообразно исходить из применения технологии отработки месторождения, приносящей минимальный вред окружающей природной среде даже в случае невысокого коэффициента извлечения руды из недр [7,67].
Спутниковые навигационные системы
Метод определения координат (х, у, z) фиксируемых точек на земной поверхности с использованием методов спутниковых навигационных систем (GPS) в комплекте с маркшейдерскими и геофизическими методами наиболее приемлем для мониторинга за состоянием массивов горных пород при СГД. При определении координат местоположения реперов наблюдательных станций не требуется непосредственная привязка их к опорным пунктам, что позволяет определять их координаты в любое время независимо от размеров площади оседания наблюдаемой зоны (мульды сдвижения). GPS состоит из сегмента управления, космического и наземного сегментов. Сегмент управления предназначен для управления режимом движения спутников, корректировки их работы и проведения профилактических работ. При возникновении неполадок в передаче сигналов неисправный спутник переводится из рабочего режима в запасной режим. Сегментом управления контролируется синхронность генераторов, установленных на спутниках.
Наземный сегмент представлен различными приемоиндикаторами, предназначенными для приема сигналов спутников. На основе исходящих от спутников сигналов производятся определенные вычисления. Приемоиндикаторы обеспечивают определение местоположения фиксируемой точки приема сигнала. Приемоиндикаторы, в зависимости от точности, используются для навигационных (определение местоположения судна, самолета и т.д.) и геодезических (высокоточных местоопределений отдельных точек) целей.
Приемоиндикаторы GPS для навигационных систем подразделяются на две основные группы: двухчастотные и одночастотные. При определении координат двухчастотными приемоиндикаторами используются коды двух частот Li и 1,2, что обеспечивает быстрое разрешение неопределенной фазы несущей частоты, присущей определению расстояния от спутника до приемоиндикатора. Точность таких приемоиндикаторов достигает 105 мм при работе в дифференциальном режиме. Одночастотные приемоиндикаторы используют только код несущей частоты Lj. Точность их колеблется в пределах менее 1 м при времени измерения 10-15 мин. Для геодезических целей приемоиндикаторы специально ориентированы на получение высоких точностей и характеризуются в связи с этим функцией измерения фаз несущих волн, многоканальностью приемоиндикатора (6-12 каналов), двухчастотными измерениями фаз и др. устройствами. Задача местоопределения по трем известным координатам и расстояниям решается математическим способом. Основной проблемой является определение псевдодальности до каждого из спутников. В приемоиндикаторах реализован фазово-частотный метод измерения дальности до искусственных спутников Земли. Фазово-частотное дифференциальное местоопределение наилучшим образом представлено на примере абстрактной проблемы местоопределения с одной координатой. Для этой цели примем, что Земля представляет собой плоский круглый диск и что единственный спутник движется по концентрической орбите в плоскости диска (рис. 3.2).
Задача заключается в том, чтобы определить широту Q приемоиндикатора на периметре диска. Принимается, что приемоиндикатор снабжен стабилизирующим генератором, который синхронизирован со временем GPS. Из полученных эфемерид (точных орбитальных данных) точное положение спутника и точная частота передаваемой им несущей известны постоянно. (При этом принимается, что система избирательной доступности, которая могла бы привнести неизвестные погрешности измерения частоты, не включена).
Движение спутника относительно приемоиндикатора вызывает доплеровский сдвиг принимаемой несущей частоты. Величина доплеровского сдвига зависит от расположения пользователя Q и от расположения спутника, а также от вектора его скорости во время передачи, причем оба эти параметра известны из эфемерид. Доплеровский сдвиг рассчитывается на компьютере для любого значения Q. Местоположение определяется измерением величины доплеровского смещения и нахождением затем значения, для которого рассчитанное на компьютере и измеренное доплеровское смещение совпадают. Вместе с тем используется вариант этого метода, позволяющий уменьшить погрешность определения, вызываемую помехами при измерении.
